专题16 洛伦兹力与现代科技-2022年高考二轮复习高中物理专项突破练（2019人教版）

【专题16】 洛伦兹力与现代科技 【题型命题点】　一、质谱仪 【要点归纳】 1．作用：测量带电粒子质量和分离同位素． 2．原理(如图所示) (1)加速电场：qU＝mv2； (2)偏转磁场：qvB＝，l＝2r；由以上两式可得r＝，m＝，＝. 【考点归纳】 【考点】 质谱仪的应用 【典型例题】 (2022届北京四中高三(上)期中)(2022届哈尔滨市第六中学高三(上)期末)(多选)如图所示，电荷量相等的两种离子氖20和氖22从容器A下方的狭缝S1飘入(初速度为零)电场区，经电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，离子经磁场偏转后发生分离，最终到达照相底片D上。不考虑离子间的相互作用，则(　　) A．电场力对每个氖20和氖22做的功相等 B．氖22进入磁场时的速度较大 C．氖22在磁场中运动的半径较小 D．若加速电压发生波动，两种离子打在照相底片上的位置可能重叠 【解析】 A．根据电场力做功公式，氖20和氖22的电荷量相同，加速电场电压相同，所以做的功相同，A正确； B．在加速电场中，根据动能定理有，由于氖20的质量小于氖22的质量，所以氖20的速度大于氖22的速度，B错误； C．在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力，可得，解得，根据动能和动量的关系有，综上可判断，q、B和Ek相同，由于氖22的质量大，所以氖22的半径也大，C错误； D．在加速电场中，根据动能定理有，在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力，可得，联立可得，对于同位素，加速电压相同时，质量越大做圆周运动的半径越大；对同种离子，加速电压越大，其做圆周运动的半径越大；若电压发生波动，则氖20和氖22做圆周运动的半径在一定的范围内变化，所以氖20在电压较高时的半径可能和氖22在电压较低时的半径相等，两种离子打在照相底片上的位置就重叠，所以D正确。故选AD。 【答案】 AD (对应训练)(2022届沈阳市第二中学高三(上)二模)质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量．让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔s无初速度飘入电势差为U的加速电场．加速后垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”．则下列判断正确的是(　　) A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 B．进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C．在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚 D．a、b、C三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚 【解析】 A．根据qU= 得,v= ，比荷最大的是氕，最小的是氚，所以进入磁场速度从大到小的顺序是氕、氘、氚，故A正确； B．根据动能定理可知Ek=qU，故动能相同，故B错误； C．时间为t=，故在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氚氘氕，故C错误； D．进入偏转磁场有qvB=，解得：R=，氕比荷最大，轨道半径最小，c对应的是氕，氚比荷最小，则轨道半径最大，a对应的是氚，故D错误故选A 【答案】 A 【题型命题点】　二、回旋加速器 【要点归纳】 1．构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源． 2．原理：交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子被加速一次． 3．最大动能：由qvmB＝、Ekm＝mvm2得Ekm＝，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定，与加速电压无关． 4．总时间：粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能qU，加速次数n＝，粒子在磁场中运动的总时间t＝T＝·＝.(忽略粒子在狭缝中运动的时间) 【考点归纳】 【考点】 回旋加速器的应用 【典型例题】 (2022届河南省名校联盟高三(上)第三次诊断考试)(多选)回旋加速器的工作原理如图所示，D形金属盒的半径为R，两D形盒间狭缝的宽度为d，匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向与盒面垂直。D形金属盒的中心O处有一粒子源，能产生质量为m、电荷量为e的质子(H 的初速度及其所受重力均不计)， 质子在加速电压为U的电场中加速，最终从出口处射出。下列说法正确的是(　　) A．质子在电场中运动的总时间为 B．质子在磁场中运动的总时间为 C．若仅将电压U增大，则质子从出口处射出的最大动能不变 D．若仅将O处的粒子源改为氘(He)核源，则氘核可获得的最大动能为 【解析】 A．当质子射出D形盒时，根据洛伦兹力提供向心力，，质子在电场中的加速度大小为，质子在电场中运动的总时间，故A正确； B.设在电场中加速度的次数为n，根据动能定理，在电场中加速一次后，在磁场中运动半圈，在磁场中运动半圈的时间，质子在磁场中运动的总时间，故B错误； C．当质子射出D